Study on Tunneling in Rock Masses with Inclined Layers Using Discontinuous Deformation Analysis (DDA)

The behaviors and stress distributions of the inclined jointed rock masses with different dip angles obtained from DDA are compared to the results of laboratory tests. By calculating the block stress distributions, it is confirmed that DDA can reproduce the arching around the trap door when lowering the trap door. The shapes of arching change with the angles of inclined layers. In addition, the earth pressures acting on the trap door shows non-symmetrical distributions when the layers are not horizontal. The stress concentration occurs in one side of the rock masses close to the trap door. Furthermore, the surface settlements are also related to the inclined angle, and the loosening zone in rock masses can be different from Terzghi’s theory [1]. Since, simulations have good agreements with the laboratory test , it demonstrates the applicability of DDA to explain the mechanical behaviors of tunnel, such as arching phenomenon, non-symmetrical earth pressure distributions acting on the trap door, and the surface settlement profile in the jointed rock masses. Dans cet article est décrite l’étude numérique du perçage d’un tunnel dans un massif de couches rocheuses jointes inclinées. La simulation à l’aide de l’Analyse de Déformation Discontinue (DDA), en faisant varier l’angle d’inclinaison des couches de roche, nous apporte des résultats en termes de distributions de contraintes et de comportement des couches, résultats qui sont ensuite comparés avec des résultats de tests en laboratoire. Les résultats confirment le fait que la DDA est capable de reproduire le phénomène d’arcage autour de la trappe lorsque la trappe s’abaisse. Les formes d’arcage varient selon l’angle d’inclinaison des couches de roche. Par ailleurs, lorsque les couches ne sont pas horizontales, la distribution de pression agissant sur la trappe est assymmétrique. La concentration de contraintes se produit du coté proche de la trappe. De plus, les tassements de surface dépendent eux aussi de l’angle d’inclinaison. En conséquence, les résultats de simulation sont en accord avec les tests en laboratoire, ce qui prouve que la DDA permet d’expliquer des comportements mécaniques du tunnel tels que l’arcage, les distributions assymmétiques de pression du sol sur la trappe, ainsi que le profil du tassement de surface dans la masse de roches jointes. Dieser Beitrag beschreibt eine numerische Studie über Tunnel im geklüftetem Fels. Das Verhalten und die Druckverteilungen in den unterschiedlich geneigten und geklüfteten Felsenmassen wird mit Hilfe des Discontinuous Deformation Analysis Programms (DDA) simuliert, und mit Laborversuchen verglichen. Die Resultate bestätigen, dass DDA der Gewölbewirkung im „Trapdoor“ Experiment gut reproduzieren kann. Die Form des Gewölbes, ändert sich mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Schichten. Bei geneigten Schichten entstehen unsymmetrische Druckverteilungen. Auch die Oberflächenabsenkung ist von dem Neigungswinkel abhängig. Die gute Übereinstimmung der Simulationen mit den Laborversuchen zeigt, dass die DDA-Methode gut geeignet ist, um das mechanische Verhalten von Tunneln, wie z.B. den Effekt der Gewölbewirkung, die unsymmetrischen Druckverteilungen bei geneigten Schichten, oder die Oberflächenabsenkung in geklüfteten Felsenmassen, zu erklären.